Computer Science: The Central Processing Unit (CPU)

CPU là thành phần cốt lõi tạo nên thiết bị máy tính, nhưng nó không phải là thành phần duy nhất - một lần nữa, nó chỉ là bộ não. Nó là một con chip nằm trong một chỗ (ổ cắm) đặc biệt nằm trên bảng mạch chính (bo mạch chủ hoặc bo mạch chính) bên trong thiết bị. Nó tách biệt rõ ràng với bộ nhớ, là nơi nó tạm thời lưu trữ thông tin. Nó cũng tách biệt với cạc đồ họa hoặc chip đồ họa, những thứ này sẽ hiển thị tất cả video và đồ họa 3D được hiển thị trên màn hình của bạn.
CPU được chế tạo bằng cách đặt hàng tỷ bóng bán dẫn (transistor) siêu nhỏ vào một chip máy tính duy nhất. Những bóng bán dẫn đó cho phép nó thực hiện các tính toán cần thiết để chạy các chương trình được lưu trữ trên bộ nhớ hệ thống của bạn. Chúng là những cổng đóng mở từng phút một cách hiệu quả để bật hoặc tắt, do đó truyền tải những số 1 hoặc số 0 có thể chuyển thành mọi thứ bạn làm với thiết bị, có thể chuyển thành là xem video hoặc viết email.
Một trong những tiến bộ phổ biến nhất của công nghệ CPU là làm cho những bóng bán dẫn ngày càng nhỏ hơn. Điều đó dẫn đến việc cải thiện tốc độ CPU trong nhiều thập kỷ, thường được gọi là Định luật Moore.

Các bóng bán dẫn sẽ nhỏ dần đi theo năm nhờ vào moore's law

Trong bối cảnh các thiết bị hiện đại, một máy tính để bàn hoặc máy tính xách tay có một CPU chuyên dụng thực hiện nhiều chức năng xử lý cho hệ thống. Thay vào đó, các thiết bị di động và một số máy tính bảng sử dụng Hệ thống trên chip (SoC) là một chip chứa CPU của nó cùng với các thành phần khác. Cả Intel và AMD đều cung cấp CPU có chip đồ họa và bộ nhớ được lưu trữ trên chúng, có nghĩa là chúng có thể làm được nhiều việc hơn chỉ là các chức năng tiêu chuẩn của CPU.

Về cốt lõi của nó, một CPU nhận các lệnh (instructions) từ một chương trình hoặc ứng dụng và thực hiện một phép tính. Quá trình này được chia thành ba giai đoạn chính: Tìm nạp, giải mã và thực thi (fetch, decode, and execute ). CPU tìm nạp lệnh từ RAM, giải mã lệnh thực sự là gì, sau đó thực hiện lệnh bằng cách sử dụng các phần có liên quan của CPU.
Lệnh được thực thi hoặc phép tính có thể liên quan đến số học cơ bản, so sánh các số nhất định với nhau hoặc di chuyển chúng trong bộ nhớ. Vì mọi thứ trong một thiết bị máy tính đều được biểu diễn bằng các con số, nên những tác vụ đơn giản đó tương đương với những gì một CPU làm. Đó là thứ tạo điều kiện thuận lợi cho mọi thứ, từ khởi động Windows đến xem video YouTube.
Trong các hệ thống hiện đại, CPU không làm được mọi thứ, nhưng nó vẫn phải cung cấp cho phần cứng chuyên dụng những con số mà chúng cần để hoạt động. Nó cần thông báo cho cạc đồ họa hiển thị tiếng nổ vì bạn đã nhấp vào thùng nhiên liệu (whoops) hoặc yêu cầu ổ cứng chuyển tài liệu Office sang RAM của hệ thống để truy cập nhanh hơn.

Ban đầu, CPU có một lõi(Cores) xử lý duy nhất. CPU hiện đại ngày nay bao gồm nhiều lõi cho phép nó thực hiện nhiều lệnh cùng một lúc, nhồi nhét một cách hiệu quả nhiều CPU trên một chip. Hầu hết tất cả các CPU được bán hiện nay ít nhất là lõi kép. Bốn lõi hiện được coi là "chủ đạo", trong khi có những con chip đắt tiền hơn từ sáu đến 32 lõi lớn.
Một số bộ xử lý cũng sử dụng một công nghệ gọi là đa luồng(multithreading). Hãy tưởng tượng một lõi CPU vật lý duy nhất có thể thực hiện hai dòng thực thi (luồng) cùng một lúc, do đó xuất hiện dưới dạng hai lõi “logic” trên phần cuối của hệ điều hành. Các lõi ảo này không mạnh bằng lõi vật lý, nhưng chúng chia sẻ cùng một tài nguyên. Nhìn chung, chúng có thể giúp cải thiện hiệu suất đa nhiệm của CPU khi chạy phần mềm tương thích.
Tốc độ xung nhịp(clocks) là một con số khác được quảng cáo nhiều với CPU - con số “gigahertz” (GHz) được trích dẫn trên danh sách sản phẩm. Nó biểu thị hiệu quả số lượng lệnh mà CPU có thể xử lý mỗi giây, nhưng đó không phải là toàn bộ bức tranh về hiệu suất. Tốc độ xung nhịp chủ yếu phát huy tác dụng khi so sánh các CPU từ cùng một dòng sản phẩm hoặc thế hệ. Khi tất cả những thứ khác đều giống nhau, tốc độ xung nhịp nhanh hơn có nghĩa là bộ xử lý nhanh hơn, nhưng bộ xử lý 3GHz từ năm 2010 sẽ không nhanh bằng bộ xử lý 2 GHz từ năm 2018.

Mặc dù CPU không còn quan trọng đối với hiệu suất tổng thể của hệ thống như trước đây, nhưng nó vẫn đóng một vai trò quan trọng trong việc vận hành một thiết bị. Vì nó chỉ chịu trách nhiệm thực hiện các lệnh trong các chương trình, CPU của bạn càng nhanh thì nhiều ứng dụng càng chạy nhanh.
CPU nhanh không phải lúc nào cũng có hiệu suất tốt nhất và không phải lúc nào cũng hiển thị đồ họa nâng cao. Nếu bạn cần kết xuất đồ họa nâng cao, bản thân CPU nhanh sẽ không thực hiện công việc. Hãy nhớ rằng, CPU cũng không lưu trữ thông tin; họ chỉ truy cập nó. Bạn cần dựa vào card đồ họa, ổ cứng và RAM để lưu trữ thông tin hệ thống và xử lý các tác vụ khác.
Nhưng CPU lại rất quan trọng về hiệu suất, vì nó có thể tạo ra sự khác biệt lớn với các thành phần cao cấp khác. Bộ xử lý nhanh hơn có nghĩa là tốc độ cao hơn vì nó có thể xử lý thông tin nhanh hơn. Bộ xử lý chậm hơn có thể gây ra sự cố tắc nghẽn không cần thiết.